npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.1134/S2079562919050166npe-44Research ArticleРадиационная стойкость материалов и аппаратурыRadiation Resistance of Materials and EquipmentВЛИЯНИЕ ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 500°С НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА W–6ReIon Radiation Impact on Microstructure and Mechanical Properties of W–6Re Alloy at 500°СНикитинА. А.NikitinA. A.

ул. Большая Черемушкинская 25, Москва, 117218

Каширское шоссе 31, Москва, 115409

Moscow, 117218

Moscow, 115409 

nikitin@itep.ruБобырьН. П.BobyrN. P.

пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182 

Moscow, 123182

РогожкинС. В.RogozhkinS. V.

ул. Большая Черемушкинская 25, Москва, 117218

Каширское шоссе 31, Москва, 115409

Moscow, 117218

Moscow, 115409 

ФединП. А.FedinP. A.

ул. Большая Черемушкинская 25, Москва, 117218

Moscow, 117218

Moscow, 115409 

КаратеевИ. А.KarateevI. A.

пл. Академика Курчатова 1, Москва, 123182

Moscow, 123182

ГладкихЕ. В.GladkihE. V.

Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701

 Dolgoprudnyi, Moscow oblast, 141701 R

ЗахароваП. С.ZakharovaP. S.

ул. Большая Черемушкинская 25, Москва, 117218

Каширское шоссе 31, Москва, 115409

Moscow, 117218

Moscow, 115409

НИЦ “Курчатовский институт” – ИТЭФ; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияAlikhanov Institute for Theoretical and Experimental Physics, National Research Center “Kurchatov Institute”; National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНИЦ “Курчатовский институт”РоссияNational Research Center “Kurchatov Institute”Russian FederationНИЦ “Курчатовский институт” – ИТЭФРоссияAlikhanov Institute for Theoretical and Experimental Physics, National Research Center “Kurchatov Institute”Russian FederationМосковский физико-технический институтРоссияMoscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Russian Federation202022042024113125132Copyright © Никитин А.А., Бобырь Н.П., Рогожкин С.В., Федин П.А., Каратеев И.А., Гладких Е.В., Захарова П.С., 20242024Никитин А.А., Бобырь Н.П., Рогожкин С.В., Федин П.А., Каратеев И.А., Гладких Е.В., Захарова П.С.Nikitin A.A., Bobyr N.P., Rogozhkin S.V., Fedin P.A., Karateev I.A., Gladkih E.V., Zakharova P.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/44

В работе рассмотрены результаты воздействия ионного пучка на монокристаллический сплав вольфрама, W–6Re. Такие материалы рассматриваются в качестве перспективных для использования в конструкциях термоядерных реакторов. Для моделирования радиационных эффектов и анализа радиационной стойкости материала использовалось облучение ионами Fe2+ с энергией 5.6 МэВ при температуре 500°С до максимальной повреждающей дозы 8 смещений на атом. Проведено сравнение микроструктуры материала до и после облучения. Методами просвечивающей электронной микроскопии показано, что в материале происходит образование структурных дефектов, дислокационных петель с размерами 2–15 нм и объемной плотностью 1.2 ⋅ 1023 м−3. Детальный анализ методами атомно-зондовой томографии обнаружил распад твердого раствора с образованием наноразмерных сегрегаций, обогащенных рением в среднем на 18 ат. %. Методами наноиндентирования определено радиационно-индуцированное упрочнение облученного слоя, которое составило 1.6 ГПа.

The paper reports the results of the ion irradiation impact on a monocrystalline tungsten alloy, W‒6Re. This material is considered for use in the design of fusion reactors. Irradiation was carried out in order to simulate radiation effects and analyze the radiation resistance of the fusion reactor material. Specimens were irradiated with 5.6 MeV Fe ions at 500°C up to a maximum damage dose of 8 dpa. Microstructure of W–6Re was analyzed before and after irradiation. It is shown with transmission electron microscopy that the formation of structural defects, dislocation loops with sizes of 2–15 nm and a number density of 1.2 × 1023 m−3 occurs as a result of irradiation. Detailed analysis by atomic probe tomography microscope revealed the decomposition of the solid solution with the formation of nanoscale segregations enriched in rhenium by 18 at %. The radiation-induced hardening of the irradiated layer is determined by nanoindentation. The strength increment was 1.6 GPa.

сплавы вольфрамаионное облучениемоделирование радиационных поврежденийрадиационное охрупчиваниеатомно-зондовая томографияtungsten alloysion irradiationradiation damage simulationradiation embrittlementatom probe tomographyНастоящая работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта No. 18-32-20174 на оборудовании центра коллективного пользования КАМИКС (http://kamiks.itep.ru/) НИЦ “Курчатовский институт”–ИТЭФ.ReferencesRieth M. et al. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 432. P. 482– 500.Rieth M. et al. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 432. P. 482– 500.Qi Y. et al. // Mater. Lett. 2019. V. 242. P. 115–118.Qi Y. et al. // Mater. Lett. 2019. V. 242. P. 115–118.Sukuba I. et al. // Eur. Phys. J. D. 2016. V. 70. P. 11.Sukuba I. et al. // Eur. Phys. J. D. 2016. V. 70. P. 11.Merola M. et al. // Fusion Eng. Des. 2015. V. 96–97. P. 34–41.Merola M. et al. // Fusion Eng. Des. 2015. V. 96–97. P. 34–41.Pitts R.A. et al. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 438. P. S48– S56.Pitts R.A. et al. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 438. P. S48– S56.Pintsuk G. Tungsten as a Plasma-Facing Material. Comprehensive Nuclear Materials. 2012. Amsterdam: Elsevier. P. 551–581.Pintsuk G. Tungsten as a Plasma-Facing Material. Comprehensive Nuclear Materials. 2012. Amsterdam: Elsevier. P. 551–581.Gilbert M.R., Sublet J.-Ch. // Nucl. Fusion. 2011. V. 51. P. 043005.Gilbert M.R., Sublet J.-Ch. // Nucl. Fusion. 2011. V. 51. P. 043005.Watanabe Sh., Nogami Sh., Reiser J., Rieth M., Sickinger S., Baumgärtner S., Miyazawa T., Hasegawa A. // Fusion Eng. Des. 2019. V. 148. P. 111323.Watanabe Sh., Nogami Sh., Reiser J., Rieth M., Sickinger S., Baumgärtner S., Miyazawa T., Hasegawa A. // Fusion Eng. Des. 2019. V. 148. P. 111323.Xu A. et al. // Acta Mater. 2015. V. 87. P. 121–127.Xu A. et al. // Acta Mater. 2015. V. 87. P. 121–127.Xu A. et al. // Acta Mater. 2017. V. 124. P. 71–78.Xu A. et al. // Acta Mater. 2017. V. 124. P. 71–78.Hasenhuetl E. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2017. V. 397. P. 11–14.Hasenhuetl E. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2017. V. 397. P. 11–14.Armstrong D.E.J. et al. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 432. P. 428–436.Armstrong D.E.J. et al. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 432. P. 428–436.Hasegawa A. et al. // J. Nucl. Mater. 2016. V. 471. P. 175–183.Hasegawa A. et al. // J. Nucl. Mater. 2016. V. 471. P. 175–183.Kulevoy T., Chalyhk B., Fedin P., Kozlov A. et al. // Rev. Sci. Instrum. 2016. V. 87. P. 02C102.Kulevoy T., Chalyhk B., Fedin P., Kozlov A. et al. // Rev. Sci. Instrum. 2016. V. 87. P. 02C102.Spitsyn A., Bobyr N., Kulevoy T., Fedin P., Semennikov A., Stolbunov V. // Fusion Eng. Des. 2019. V. 146. P. 1313– 1316.Spitsyn A., Bobyr N., Kulevoy T., Fedin P., Semennikov A., Stolbunov V. // Fusion Eng. Des. 2019. V. 146. P. 1313– 1316.Рогожкин С.В., Никитин А.А., Хомич А.А. и др. // Ядерная физика и инжиниринг 2018. Т. 9. No. 3. С. 245–258.Рогожкин С.В., Никитин А.А., Хомич А.А. и др. // Ядерная физика и инжиниринг 2018. Т. 9. No. 3. С. 245–258.Kulevoy T., Aleev A., Ivanov S., Kozlov A., Kropachev G., Kuibeda R., Nikitin A., Rogozhkin S., Semennikov A., Sharkov B., Zaluzhny A. // Proc. Intl. Topical Meeting on Nuclear Research Applications and Utilization of Accelerators. 2009. V. AP/P5 07. P. 1.Kulevoy T., Aleev A., Ivanov S., Kozlov A., Kropachev G., Kuibeda R., Nikitin A., Rogozhkin S., Semennikov A., Sharkov B., Zaluzhny A. // Proc. Intl. Topical Meeting on Nuclear Research Applications and Utilization of Accelerators. 2009. V. AP/P5 07. P. 1.Kashinsky D., Kolomiets A., Kulevoy T., Kuybida R., Kuzmichov V., Minaev S., Pershin V., Sharkov B., Vengrov R., Yaramishev S. // Proc. EPAC. 2000. P. 854.Kashinsky D., Kolomiets A., Kulevoy T., Kuybida R., Kuzmichov V., Minaev S., Pershin V., Sharkov B., Vengrov R., Yaramishev S. // Proc. EPAC. 2000. P. 854.Stoller R.E., Toloczko M.B., Was G.S., Certain A.G., Dwaraknath S.D., Garner F.A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2013. V. 310. P. 75–80.Stoller R.E., Toloczko M.B., Was G.S., Certain A.G., Dwaraknath S.D., Garner F.A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 2013. V. 310. P. 75–80.Рогожкин С.В., Алеев А.А., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Разницын О.А., Кириллов С.Е. // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 3. С. 129–134.Рогожкин С.В., Алеев А.А., Лукьянчук А.А., Шутов А.С., Разницын О.А., Кириллов С.Е. // Приборы и техника эксперимента. 2017. № 3. С. 129–134.Cheng Y.-T., Cheng C.-M. // Mater. Sci. Eng. R. 2004. V. 44. P. 91–149. https://doi.org/10.1016/j.mser.2004.05.001Cheng Y.-T., Cheng C.-M. // Mater. Sci. Eng. R. 2004. V. 44. P. 91–149. https://doi.org/10.1016/j.mser.2004.05.001Nix W.D., Gao H. // J. Mech. Phys. Solids. 1998. V. 46. P. 411–425.Nix W.D., Gao H. // J. Mech. Phys. Solids. 1998. V. 46. P. 411–425.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.